Биполярдык эки өлчөмдүү кар көчкү фотодетектору

Биполярдык эки өлчөмдүүкар көчкү фотодетектору

Биполярдык эки өлчөмдүү кар көчкү фотодетектору (APD фотодетектору) өтө төмөн ызы-чууну жана жогорку сезгичтикти аныктоого жетишет

Бир нече фотондорду же ал тургай жалгыз фотондорду жогорку сезгичтик менен аныктоо начар жарыкты сүрөттөө, алыстан зонддоо жана телеметрия жана кванттык байланыш сыяктуу тармактарда колдонуунун маанилүү перспективаларына ээ. Алардын ичинен көчкү фотодетектору (APD) өзүнүн кичинекей өлчөмү, жогорку эффективдүүлүгү жана оңой интеграциялануу мүнөздөмөлөрү менен оптоэлектрондук түзүлүштөрдү изилдөө тармагындагы маанилүү багыт болуп калды. Сигнал-ызы-чуу катышы (SNR) APD фотодетекторунун маанилүү көрсөткүчү болуп саналат, ал жогорку пайданы жана аз караңгы токту талап кылат. Ван дер Ваальстын эки өлчөмдүү (2D) материалдарынын гетероидукциялары боюнча жүргүзүлгөн изилдөөлөр жогорку натыйжалуу APDлерди өнүктүрүүдө кеңири перспективаларды көрсөтөт. Кытайдан келген изилдөөчүлөр фотосезгич материал катары биполярдык эки өлчөмдүү жарым өткөргүчтүү WSe₂ материалын тандап алышкан жана салттуу APD фотодетекторуна мүнөздүү пайда болгон ызы-чуу маселесин чечүү үчүн эң жакшы дал келген Pt/WSe₂/Ni структурасы бар APD фотодетекторун тыкыр даярдашкан.

Изилдөө тобу Pt/WSe₂/Ni структурасына негизделген көчкү фотодетекторун сунуштады, ал бөлмө температурасында fW деңгээлинде өтө алсыз жарык сигналдарын өтө сезгичтүү аныктоого жетишкен. Алар эң сонун электрдик касиетке ээ болгон эки өлчөмдүү жарым өткөргүч WSe₂ материалын тандап алышты жана Pt жана Ni электроддук материалдарды бириктирип, кар көчкү фотодетекторунун жаңы түрүн ийгиликтүү иштеп чыгышты. Pt, WSe₂ жана Ni ортосунда дал келген жумуш функциясын так оптималдаштыруу менен, караңгы ташыгычтарды эффективдүү бөгөттөп, фотогенерацияланган ташыгычтардын өтүшүнө тандап жол берген транспорттук механизм иштелип чыккан. Бул механизм ташуучунун иондошуусунун натыйжасында пайда болгон ашыкча ызы-чууларды олуттуу түрдө азайтып, фотодетекторго өтө төмөн ызы-чуунун деңгээлинде өтө сезгич оптикалык сигналды аныктоого мүмкүндүк берет.

Андан кийин, алсыз электр талаасынан келип чыккан көчкү эффектинин механизмин тактоо үчүн, изилдөөчүлөр алгач түрдүү металлдардын WSe₂ менен мүнөздүү иш функцияларынын шайкештигин баалашты. Ар кандай металл электроддору бар металл жарым өткөргүч-металл (MSM) приборлорунун сериясы жасалып, алар боюнча тиешелүү сыноолор өткөрүлдү. Кошумчалай кетсек, көчкү башталганга чейин ташуучунун чачырандылыгын азайтуу менен, иондоштуруунун кокустугун азайтууга болот, ошону менен ызы-чууну азайтууга болот. Ошондуктан тиешелүү текшерүүлөр жүргүзүлдү. Андан ары Pt/WSe₂/Ni APDнин убакытка жооп берүү мүнөздөмөлөрү боюнча артыкчылыгын көрсөтүү үчүн, изилдөөчүлөр ар кандай фотоэлектрдик пайда баалуулуктарынын астында аппараттын -3 дБ өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө баа беришти.

Эксперименттик натыйжалар Pt/WSe₂/Ni детекторунун бөлмө температурасында ызы-чуу эквиваленттүү кубаттуулугун (NEP) көрсөтөөрүн көрсөтүп турат, ал болгону 8,07 fW/√Hz. Бул детектор өтө начар оптикалык сигналдарды аныктай алат дегенди билдирет. Кошумчалай кетсек, бул аппарат 5×10⁵ жогорку жогорулашы менен 20 кГц модуляция жыштыгында туруктуу иштей алат, бул жогорку пайда менен өткөрүү жөндөмдүүлүгүн тең салмактоо кыйын болгон салттуу фотоэлектрдик детекторлордун техникалык бөксөлүгүн ийгиликтүү чечет. Бул өзгөчөлүк жогорку пайда жана аз ызы-чууну талап кылган колдонмолордо олуттуу артыкчылыктарды берет деп күтүлүүдө.

Бул изилдөө материал инженериясынын жана интерфейсти оптималдаштыруунун натыйжалуулугун жогорулатуудагы чечүүчү ролун көрсөтөтфотодетекторлор. Электроддордун жана эки өлчөмдүү материалдардын гениалдуу дизайны аркылуу ызы-чуунун кийлигишүүсүн кыйла азайтып, аныктоонун эффективдүүлүгүн андан ары жогорулатуучу караңгы алып жүрүүчүлөрдү коргоочу эффектке жетишилди.

Бул детектордун иштеши фотоэлектрдик мүнөздөмөлөрүндө гана чагылдырылбастан, ошондой эле кеңири колдонуу перспективаларына ээ. Бөлмө температурасында караңгы токту эффективдүү бөгөттөө жана фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөрдү эффективдүү жутуу менен бул детектор айлана-чөйрөнү көзөмөлдөө, астрономиялык байкоо жана оптикалык байланыш сыяктуу тармактарда алсыз жарык сигналдарын аныктоо үчүн өзгөчө ылайыктуу. Бул илимий жетишкендик аз өлчөмдүү материалдык фотодетекторлорду иштеп чыгуу үчүн жаңы идеяларды гана камсыз кылбастан, ошондой эле жогорку өндүрүмдүүлүгү жана аз кубаттуу оптоэлектрондук түзүлүштөрдү келечектеги изилдөө жана иштеп чыгуу үчүн жаңы шилтемелерди сунуш кылат.